北京科技大学本科生生产实习报告+工业模型PID仿真

1、 北 京 科 技 大 学 本科生生产实习报告实习场所：济南钢铁股份有限公司 学院：自动化学院 专业：自动化 姓名： 学号： 指导教师： 2014年 7 月 22 日目 录引 言11 济南钢铁集团介绍21.1基本简介21.2经营范围22 钢铁生产工艺流程32.1 铁前主要生产工艺32.1.1采矿、选矿32.1.2烧结、造块42.1.3炼焦62.2 炼铁、炼钢及主要产品的生产工艺62.2.1高炉炼铁生产工艺72.2.2炼钢生产工艺112.2.3连铸生产工艺152.3轧钢及主要产品生产工艺152.3.1济南钢铁厂中厚板生产工艺流程及轧制162.3.2济南钢铁厂的热轧192.4热处理工艺213 各生产

2、工艺流程中电气设备的使用情况和控制系统的使用情况213.1烧结过程213.1.1 人工智能控制系统在烧结中的运用213.1.2 烧结网络构成223.1.3 炼铁320烧结区域配电系统223.2高炉炼铁过程233.2.1高炉主要电气设备233.2.2计算机网络在高炉炼铁中的应用243.2.3高炉煤气环喷降温设备243.2.4常用低压电气设备253.3 炼钢过程253.3.1上料系统电气控制说明253.3.2上料皮带检测设备介绍253.3.3投料系统简介263.3.4组态软件的应用与介绍273.3.5数据采集系统介绍283.4轧钢过程293.4.1中厚板轧机主传动系统简介293.4.2钢板的厚度自

3、动控制系统AGC294 加热炉燃烧控制系统设计314.1加热炉燃烧控制系统的结构和模型314.2 PID控制的常用形式及数学模型314.2.1比例（P）控制324.2.2积分（I）控制324.2.3微分（D）控制324.3 PID控制器参数设置及系统仿真334.3.1加入比例（P）环节344.3.2加入比例-积分（PI）环节354.3.3加入比例-积分-微分（PID）环节364.4 经校正后的加热炉系统37参 考 文 献38指导教师意见39引 言为了更好地将理论知识联系实际，应用和巩固专业知识，培养我们走向社会后的能力和技能，学校特意安排我们到各地方各大集团或公司进行实习和参观。通过实习，我们

4、可以更广泛的直接接触社会，了解社会需要，加深对社会的认识，增强对社会的适应性，将自己融入到社会中去，培养自己的实践能力，缩短我们从一名大学生到一名工作人员的思想与业务差距，为我们毕业后社会角色的转变打下基础。实习安排大致为一周的济南钢铁实习、一周的视频观看（视频主要内容为上海宝山钢铁集团的生产工艺）、一周的企业认识实习（企业包括北京时代凌宇科技有限公司、英诺格林水处理有限公司、北京现代汽车股份有限公司），本篇实习报告主要针对山东济南钢铁集团及其生产工艺、电气设备使用情况等进行实习后的总结。济南钢铁实习流程：1.听取报告主要内容有：烧结生产工艺及其智能控制系统；高炉主要电气设备及相关知识；炼钢工

5、艺及监控系统简介；中厚板轧制工艺及AGC控制系统简介；热轧工艺及其自动控制系统。2.组织参观结合报告内容参观各车间、生产线及生产线上使用的电气传动系统和控制系统，深入了解自动化装置的工作和控制系统的运行。3.撰写实习日志每天实习后将当天所听所见所感认真记录在实习日志上，巩固实习内容，加强理解。1 济南钢铁集团介绍1.1基本简介济南钢铁股份有限公司，现有员工约一万四千人，注册地址及办公地址在山东省济南市工体北路21号。济南钢铁股份有限公司以发起方式于2000年12月29日设立。经中国证券监督管理委员会批准，公司于2004年6月14日首次向社会公众发行人民币普通股2.2亿股，于2004年6月29日

6、在上海证券交易所上市。公司于2008年10月24日向社会公众公开增发人民币普通股3.8亿股，于2008年11月12日在上海证券交易所上市。目前公司总股本为人民币31.2048亿股。公司拥有1750立方米高炉-120吨转炉-中厚板轧机国内一流、国际先进的现代化生产线。大力推进以“企业为主体、市场为导向、产学研联合”的开放式技术创新体系，坚持集成创新与自主创新相结合、全面提升自主创新能力，逐步确立了船板、锅炉容器板及低合金高强板三大品牌优势。公司坚持“以价值创新为核心，以观念创新为先导、技术创新为支撑、管理创新为保证，实施资源化治理、分布式治理、系统化治理，实现资源高效利用、能源高效转化、代谢物高

7、效再生，追求企业效益、环境效益、社会效益和谐统一”的循环经济模式，2008年公司获得“中国钢铁工业清洁生产环境友好企业”荣誉称号。1.2经营范围公司经营范围为：钢铁冶炼、加工，钢材、水渣生产、销售，许可证批准范围内危险化学品销售(禁止储存)、煤气供应及自营进出口业务。 公司拥有从原料、烧结、球团、炼铁、炼钢到轧钢完整的生产工艺系统，具有独立面向市场的产、供、销系统，主要从事钢铁系列产品的生产和销售，主要产品包括碳素结构热轧中厚板、A、B级船用板、高强度09MnNb耐用海水腐蚀船用板、AH32、AH36高强度船用板、09CuPTiRE耐侯性钢板、汽车制造用优质碳素热轧板、汽车大梁用热轧

8、钢、锅炉板、压力容器板、花纹板、钢筋混凝土用热轧带肋钢筋、圆钢等。2 钢铁生产工艺流程图2.1 钢铁生产工艺流程图图2.1简要清晰地展现了钢铁生产工艺的流程。由图可知，钢铁生产工艺通常分为五个部分，即采矿选矿烧结、炼铁、炼钢、轧钢和热处理。2.1 铁前主要生产工艺2.1.1采矿、选矿采矿工业是一种重要的原料采掘工业，在已基本达到的高度机械化基础上，矿井在提升、运输、排水、通风、瓦斯监控等许多环节将实现自动化和遥控。地下和露天矿都将实现计算机集中自动管理监控。采矿方法可大致分为露天开采、地下开采和液体开采3种基本采矿方法。露天开采，即在露天条件下，将埋藏较浅的矿石，从矿坑露天矿、山坡露天矿或剥离

9、露天矿进行开采，包括挖掘一系列顺序的沟槽。采砂船采矿也属剥离露天矿的一种，它从平底船上进行挖掘。地下开采，是将埋藏较深的矿石，在地下采用自然支护、人工支护及崩落采矿方法将矿石开采出来，其安全性较低。液体开采，又称特殊采矿法，是从天然卤水里、湖里、海洋里或地下水中提取有用的物质，将有用矿物加以溶解（或热水融化），再将溶液抽至地面后进行提取，用热水驱、气驱或燃烧，把矿物质从一个井孔驱至另一井孔中采出。大多数液体采矿是用钻井法进行的。选矿是根据矿石中不同矿物的物理、化学性质，把矿石破碎磨细以后，采用重选法、浮选法、磁选法、电选法等，将有用矿物与脉石矿物分开，并使各种共生的有用矿物尽可能相互分离，除去

10、或降低有害杂质，以获得冶炼或其他工业所需原料的过程。选矿过程及分选方法：破碎，方式有压碎、击碎、劈碎等，一般按粗碎、中碎、细碎三段进行； 磨碎，以研磨和冲击为主；筛分和分级，筛分和分级是在粉碎过程中分出合适粒度的物料，或把物料分成不同粒度级别分别入选；洗矿，为避免含泥矿物原料中的泥质物堵塞粉碎、筛分设备，需进行洗矿，可在擦洗机中进行，也可在筛分和分级设备中进行；重选，在介质(主要是水)流中利用矿物原料颗粒比重的不同进行选别，有摇床选、溜槽选等； 浮选，利用各种矿物原料颗粒表面对水的润湿性(疏水性或亲水性）的差异进行选别，通常指泡沫浮选；磁选，利用矿物颗粒磁性的不同，在不均匀

11、磁场中进行选别。2.1.2烧结、造块（1）烧结是指粉状物料加热到熔点以下而粘结成固体的现象。 现在，国外有了取消烧结工序的成功先例。但是结合国内铁矿资源以及多少年的烧结技术发展和经验，取消烧结工艺在国内外任何一个钢铁厂都是不可能的。而单纯对于烧结工艺来说，还有许多的尖端技术需要进一步开发；相应的，如何在有限的条件下合理利用资源，进行更好的控制，实现利益的最大化，保护环境，都还远达不到说完美的程度。总之，烧结及相应工作，大有可为。（2）造块是将粉状物料聚结成块状,并实现其物理化学性能优化的过程。我国的铁矿石大部分都是贫矿，贫矿直接入炉炼铁是很不合算的，因此必须将贫矿进行破碎、选出高品位的精矿后，

12、再将精矿粉造块成为人造富矿才能入高炉冶炼。所以，粉矿造块是充分合理利用贫矿的不可缺少的关控环节。富矿的开采过程中要产生粉矿，为了满足高炉的粒度要求在整较过程中也会产生粉矿，粉矿直接入炉会引起高炉不顺。恶化高炉技术经济指标，因此粉矿也必须经过造块才能入炉。 现代冶金造块不仅为冶炼提供优质炉料，而且也逐渐成为由冶金原料及二次资源直接提取分离有价元素、制备新材料的过程，是实现高效优质低耗冶金生产与资源循环再生的重要途径。此外，造块技术在煤炭、化工、建材、医药等领域也获得广泛应用。图2.2给出了典型的造块工艺流程。图2.2 造块工艺流程2.1.3炼焦现代焦炭生产过程分为洗煤、配煤、炼焦和产品处理等工序

13、，如图2.3所示。图2.3炼焦工艺流程及主要设备简图洗煤：原煤在炼焦之前，先进行洗选。目的是降低煤中所含的灰分和去除其他杂质。配煤：将各种结焦性能不同的煤按一定比例配合炼焦。目的是在保证焦炭质量的前提下，扩大炼焦用煤的使用范围，合理地利用国家资源，并尽可能地多得到一些化工产品。炼焦：将配合好的煤装入炼焦炉的炭化室，在隔绝空气的条件下通过两侧燃烧室加热干馏经过一定时间，最后形成焦炭。炼焦的产品处理:将炉内推出的红热焦炭送去熄焦塔熄火，然后进行破碎、筛分、分级，获得不同粒度的焦炭产品，分别送往高炉及烧结等用户。熄焦方法有干法和湿法两种。湿法熄焦是把红热焦炭运至熄焦塔，用高压水喷淋6090s。干法熄

14、焦是将红热的焦炭放入熄焦室内，用惰性气体循环回收焦炭的物理热，时间为24h。在炼焦过程中还会产生炼焦煤气及多种化学产品。焦炉煤气是烧结、炼焦、炼铁、炼钢和轧钢生产的主要燃料。2.2 炼铁、炼钢及主要产品的生产工艺炼钢是一系列生产工艺流程的集合，包括炼钢前的准备、炼钢的原材料和炼钢生产工艺。炼钢前的准备工作包括烧结团块、炼焦，炼钢的原料主要是铁水，这又涉及到炼铁生产工艺，然后才是隐含的炼钢生产工艺。2.2.1高炉炼铁生产工艺在高炉炼铁生产中，高炉是工艺流程的主体，从其上部装入的铁矿石、燃料和熔剂向下运动；下部鼓入空气燃烧燃料，产生大量的高温还原性气体向上运动；炉料经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳

15、、脱硫等一系列物理化学过程，最后生成液态炉渣和生铁。它的工艺流程系统除高炉本体外，还有上料系统、装料系统、槽下系统、送风系统、回收煤气与除尘系统、渣铁处理系统、喷吹系统以及为这些系统服务的动力系统等。图2.4给出高炉炼铁主要工艺流程。图2.4高炉炼铁生产工艺流程及主要设备简图（1）高炉的组成结构高炉: 炼铁一般是在高炉里连续进行的。高炉又叫鼓风炉，这是因为要把热空气吹入炉中使原料不断加热而得名的。这些原料是铁矿石、石灰石及焦炭。因为因为碳比铁的性质活泼，所以它能从铁矿石中把氧夺走，而把金属铁留下高炉炉壳：现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳，只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的砖壳。炉壳的作用是固

16、定冷却设备，保证高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受炉顶载荷。炉壳除承受巨大的重力外，还要承受热应力和内部的煤气压力，有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气爆炸的突然冲击，因此要有足够的强度。炉壳外形尺寸应与高炉内型、炉体各部厚度、冷却设备结构形式相适应。炉喉： 高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。炉身： 高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形

17、成料拱，并减小炉料下降阻力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。炉腰： 高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著，一般只在很小范围内变动。 炉腹： 高炉熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角。炉腹的存在，使燃烧带处于合适位置，有利于气流均匀分布。炉腹高度随高炉容积大小而定，但不能过高或过低，一般为3036

18、m。炉腹角一般为 7982 ；过大，不利于煤气流分布；过小，则不利于炉料顺行。 炉缸： 高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形。出铁口、渣口和风口都设在炉缸部位，因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的部位，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。 炉底： 高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣液及铁水的静压力，而且受到14004600的高温、机械和化学侵蚀、其侵蚀程度决定着高炉的一代寿命。只有砌体表面温度降低到它所接触的渣铁凝固温度，并且表面生成渣皮（或铁壳），才能阻止其进一步受到侵蚀，所以必需对炉底进行冷却。通常采用风冷或水冷。目前，我国大中型高炉大都采用

19、全碳砖炉底或碳砖和高铝砖综合炉底，大大改善了炉底的散热能力。炉基： 它的作用是将所集中承担的重量按照地层承载能力均匀地传给地层，因而其形状都是向下扩大的。高炉和炉基的总重量常为高炉容积的1018倍（吨）。炉基不许有不均匀的下沉，一般炉基的倾斜值不大于0.105。高炉炉基应有足够的强度和耐热能力，使其在各种应力作用下不致产生裂缝。炉基常做成圆形或多边形，以减少热应力的不均匀分布。 炉衬： 高炉炉衬组成高炉的工作空间，并起到减少高炉热损失、保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。炉衬是用能够抵抗高温作用的耐火材料砌筑而成的。炉衬的损坏受多种因素的影响，各部位工作条件不同，受损坏的机理也不

20、同，因此必须根据部位、冷却和高炉操作等因素，选用不同的耐火材料。炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下，工作条件十分恶劣，维护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的先决条件。为此，在炉喉设置保护板（钢砖）。小高炉的炉喉保护板可以用铸铁做成开口的匣子形状；大高炉的炉喉护板则用100150mm厚的铸钢做成。炉喉护板主要有块状、条状和变径几种形式。变径炉喉护板还起着调节炉料和煤气流分布的作用（2）高炉的相关技术和设备高炉解体: 为了在操作技术上能正确处理高炉冶炼中经常出现的复杂现象就要切实了解炉内状况。在尽量保持高炉的原有生产状态下停炉、注水冷却或充氮冷却后，对从炉喉的炉料开始一直到炉底的积铁

21、所进行的细致的解体调查，称为高炉解体调查。它虽不能完全了解高炉生产的动态情况，但对了解高炉过程、强化高炉冶炼很有参考价值。高炉灰: 也叫炉尘，系高炉煤气带出的炉料粉末。其数量除了与高炉冶炼强度、炉顶压力有关外，还与炉料的性质有很大关系。炉料粉末多，带出的炉尘量就大。目前，每炼一吨铁约有 10100kg的高炉灰。高炉灰通常含铁40左右，并含有较多的碳和碱性氧化物；其主要成分是焦末和矿粉。烧结料中加入部分高炉灰，可节约熔剂和降低燃料消耗。 高炉冷却装置：高炉炉衬内部温度高达1400，一般耐火砖都要 软化和变形。高炉冷却装置是为延长炉衬寿命而设置的，用以使炉衬内的热量传递出动，并在高炉下部使炉渣在炉

22、衬上冷凝成一层保护性渣皮，按结构不同，高炉冷却设备大致可分为：外部喷水冷却、风口渣口冷却、冷却壁和冷却水箱以及风冷(水冷)炉底等装置。 高炉除尘器: 用来收集高炉煤气中所含灰尘的设备。高炉用除尘器有重力除尘器、离心除尘器、旋风除尘器、洗涤塔、文氏管、洗气机、电除尘器、布袋除尘器等。粗粒灰尘（6090um），可用重力除尘器、离心除尘器及旋风除尘器等除尘；细粒灰尘则需用洗气机、电除尘器等除尘设备。高炉鼓风机: 高炉最重要的动力设备。它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。现代大、中型高炉所用的鼓风机，大多用汽轮机驱动的离心式鼓风机和轴流式鼓风机。近年来使用大容量同

23、步电动鼓风机。这种鼓风机耗电虽多，但启动方便，易于维修，投资较少。高炉冶炼要求鼓风机能供给一定量的空气，以保证燃烧一定的碳；其所需风量的大小不仅与炉容成正比，而且与高炉强化程度有关、一般按单位炉容2.12.5m3min的风量配备。但实际上不少的高炉考虑到生产的发展，配备的风机能力都大于这一比例。从高炉里放出来的铁水可以直接用来炼钢或铸成铁锭或铸件。炉渣可以作为水泥、渣砖等的原料。从高炉顶放出的一氧化碳、二氧化碳和氮气混合气体叫高炉煤气。高炉煤气里含有大量灰尘和有害气体，必须经过净化处理，以防止污染环境。（3）高炉冶炼目的和原理高炉冶炼目的：将矿石中的铁元素提取出来，生产出来的主要产品为铁水。副

24、产品有水渣、矿渣棉和高炉煤气等。高炉冶炼原理：高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（10001300），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气

25、从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。2.2.2炼钢生产工艺（1）济南钢厂120t转炉炼钢工艺说明及主要设备，如图2.5所示。图2.5 济南钢厂120t转炉炼钢工艺及主要设备图废钢供应废钢首先用汽车从废钢料场把合格的废钢运到废钢跨，用25t电磁吊车装料至废钢斗，废钢斗装好后，用50+50t天车吊起装入转炉。铁水供应高炉铁水-鱼雷罐车-倒罐站-加料跨240t天车-倾翻车-铁水预处理-脱硫、扒渣-倾翻车-加料跨240t天车-转炉辅原料供应a.辅原料上料系统：辅原料地下料仓辅1皮带机1转运站辅2皮带机2转运站辅3皮带机卸料小车辅原料高位料仓b.辅

26、原料投料系统:转炉辅原料高位料仓共有10个，投料系统是从转炉高位料仓起，通过振动给料机、称量斗、中间斗、密封闸门、溜管等环节加入到转炉，杂用石灰和钢包顶渣材料通过独立的料仓和投料系统经旋转溜槽加到钢水罐中。铁合金供应a.铁合金上料系统：铁合金地下料仓铁1皮带机1转运站铁2皮带机2转运站铁3皮带机铁4皮带机铁5皮带机卸料小车中位料仓b.铁合金投料系统：铁合金投料系统是从转炉跨中位料仓开始，经料仓下的插板阀，振动给料机到称量斗，再经炉后旋转溜槽进入炉下钢包。1转炉中位料仓共6个， 2、3转炉中位料仓共8个 。(2) 120t转炉采用的新技术转炉冶炼采用顶底复吹工艺，顶吹氧气，底吹惰性气体（N2/A

27、r），加强熔池搅拌。采用副枪技术，提高冶炼终点目标命中率。同时也减轻了工人的劳动强度，缩短冶炼周期，增加转炉生产能力。 采用上修炉工艺，降低劳动强度，提高工作效率，安全有保证，修砌质量高。采用全汽化冷却烟道系统提高蒸汽回收量，达到节能降耗的目的。 设置完善的二次除尘系统，降低环境污染，改善劳动条件。（3）铁水预处理铁水在进入炼钢炉进行冶炼前，为除去某种有害成分或回收某种有益成分的处理过程。最常用的铁水预处理工艺为铁水炉外脱硫。 近年有利用预处理工艺进行铁水炉外脱磷和炉外脱硅的方法,以简化炼钢工艺过程,提高钢的质量。铁水中含有钒、铌等有用金属元素，可运用选择性氧化的原理进行预处理，把钒、铌等金属

28、成分氧化进入渣中予以富集，再把这些渣作为原料提炼出有用金属。入炉铁水硫的高低，是衡量炼钢工序产品总体质量水平的重要标志之一，为了使入炉铁水的硫控制在合理的较低的水平上，第三炼钢厂配备了武汉科学院设计的3座KR铁水预处理设备，开发了适合我们工艺条件的CaO基复合脱硫剂，掌握了一套KR脱硫的生产工艺。铁水脱硫预处理的意义：满足用户对超低硫钢的要求；减轻高炉脱硫的负担，使碱度降低，炉况顺行，产量提高；炼钢采用低硫铁水冶炼，可以获得巨大的经济效益，石灰加入量减少，冶炼周期缩短，喷溅减少，金属收得率提高，铸坯质量提高等。铁水预处理流程如图2.6所示：图2.6 铁水预处理流程图（4）转炉炼钢工艺流程转炉冶

29、炼目的： 将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化，产出比铁的物理、化学性能与力学性能更好的钢。转炉冶炼原理：这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量 （含1%的硅可使生铁的温度升高200），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。转炉炼钢工艺流程：开始时，转炉处于水平，向内注入1300的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、

30、硅、锰氧化 (FeO，SiO2，MnO,) 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化碳的燃烧而出现巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右，图2.7给出济钢120t转炉炼钢生产工艺流程。图2.7 济钢120t转炉炼钢

31、生产工艺流程图（5）转炉电气设备转炉电气设备主要包括：转炉倾动系统、汽化冷却系统、烟气净化系统、煤气回收系统、二次除尘系统、其它设备。2.2.3连铸生产工艺将高温钢水连续不断地浇到一个或几个用强制水冷带有“活底”(叫引锭头)的铜模内(叫结晶器)，钢水很快与“活底”凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度的坯壳后，就从铜模的下端拉出“活底”，这样已凝固成一定厚度的铸坯就会连续地从水冷结晶器内被拉出来，在二次冷却区继续喷水冷却。带有液芯的铸坯，一边走一边凝固，直到完全凝固。待铸坯完全凝固后，用氧气切割机或剪切机把铸坯切成一定尺寸的钢坯。这种把高温钢水直接浇注成钢坯的新工艺，就叫连续铸钢。在钢铁厂生产各类钢

32、铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。 连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程，如图2.8所示。图2.8 连铸工艺流程图2.3轧钢及主要产品生产工艺在旋转的轧辊间改变钢锭，钢坯形状的压力加工过程叫轧钢。轧钢的分类：轧钢方法按轧制温度不同可分为热轧与冷轧；按轧制时轧件与轧辊的相对运动关系不同可分为纵轧，横轧和斜轧；按轧制产品的成型特点还可分为一般轧制和特殊轧制。周期轧制，旋压轧制，弯曲成型等都属于特殊轧制方法。图2.9以镀锌基板为例，简要展示了轧制的基本过程。图2.9

33、 镀锌基板轧制工艺流程图2.3.1济南钢铁厂中厚板生产工艺流程及轧制由图2.10可以看出，中厚板生产的工艺流程基本分为原料的选择、加热、钢板的轧制、精整、后部处理（探伤、热处理）等工序。图2.10 中厚板生产流程现对中厚钢板的轧制做详细介绍：（1）轧制的实质轧制的实质就是在设备能力许可的条件下，通过制订合理的轧制工艺，有效地修复坯料内部的各种孔隙性缺陷，对夹杂物形貌和分布加以控制，抑制和消除轧制裂纹的萌生与扩展，并同步地获得合格的组织与性能；通过改进后处理工艺等手段获得良好的机械性能，较小的残余应力，板形平直和尺寸精度符合标准规定的钢板。（2）中厚板厂所用轧机目前，用于中厚板生产的轧机主要有二

34、辊可逆式轧机、四辊可逆式轧机、万能式轧机，三辊劳特式轧机在国内已基本淘汰，国内外已基本上采用的是四辊可逆式轧机。目前，四辊轧机电动机直接传动轧辊的主传动示意，见图2.11所示 。两个工作辊由电动机通过接轴单独传动，上、下轧辊的速度同步及转差率（上、下压力或雪橇轧制，以控制钢板的头部的下扣，防止顶撞机架辊）由电气控制系统实现控制和调节。这种主机列没有减速机和齿轮机座，减少了传动系统的飞轮力矩和损耗，缩短了电机起动、加速、制动时间，这对提高可逆式轧机的效率有着重要作用。图2.11 中厚板厂主轧机机列图（3）轧辊尺寸四辊可逆式轧机的轧辊分为工作辊和支承辊，工作辊用来直接完成轧制过程，其直径较小；支承

35、辊用来提高工作辊的强度和刚度，其直径较大。轧辊由辊身、辊颈、轧辊轴头三部分组成。轧机的辊身长度代表轧机规格，轧辊长度L与被轧制钢板的最大宽度（毛宽）之间的关系： L = b + a 式中： b钢板的最大宽度，mm; a辊身长度裕量系数，它决定轧制钢板的最大宽度。（4）轧辊的冷却在轧制过程中，对轧辊进行冷却，对减少轧辊的磨损，提高轧辊的使用寿命、减少换辊次数、保持辊形的热凸度、保证钢板的板形和表面质量着重要的作用。中厚板轧机轧辊的冷却是采用的冷却水直接喷射的方式。冷却水的作用一方面是把辊身的热量带走，保持轧辊辊身的温度控制在较低温度（通常小于70）；另一方面是起到轧辊与轧件之间的润滑，减少轧辊的

36、磨损。 （5）钢板的厚度控制随着钢板轧制长度与定尺长度的增加、纵向厚度偏差的减小、板厚尺寸进级范围的缩小，以及异形板轧制及平面板形控制的需要，钢板板厚的纵向控制越来越得到重视，已成为现代化中厚板轧机板形控制所必不可缺的重要手段。轧制中影响钢板厚度的因素主要有轧机的机械及液压装置、轧机的控制系统、入口轧件的尺寸与性能。（6）板形的控制 妨碍中厚板矩形化的主要原因是展宽工序。另外，原料形状尺寸及黑印、轧机刚度、轧辊挠度、辊形磨损及偏心、轧件温差等因素的影响也很大。采用板形控制技术，可以轧制出近似矩形的钢板，切头、切尾、切边的余量很小，成材率可达93以上；轧制不切边或齐边钢板，不切边或铣边，成材率可

37、达95以上。目前，这项技术已成为新建中厚板轧机的基本要求。 （7）除鳞阶段除鳞阶段鳞是指原料粗除鳞后在轧制过程中轧件道次间的精除鳞，目的是及时有效地清除轧制过程中不断出现的二次氧化铁皮（兼有过程控温作用），防止薄层、零碎的氧化铁皮压入产生的板面不良，保证钢板表面质量和光洁度。（8）粗轧阶段粗轧阶段通常先将原料沿纵轴方向轧制14道（根据原料的长度、厚度及机前机后旋转辊道的配置状况），主要是进行原料表面的清理，消除原料的厚度不均，得到准确的轧件厚度，提高后面展宽轧制的精度；展宽轧制主要是为了得到即定的轧制宽度，将成型轧制后的轧件转动90°，沿轧件延伸方向与原料纵轴方向垂直进行轧制至所要求

38、的宽度；延伸轧制是指将展宽到既定宽度的轧件，再一次旋转90°，回到原料的长度方向，轧制到要求的中间坯厚度。中间坯对成品钢板有着重要的影响，粗轧阶段不仅要为精轧阶段提供厚度准确、平面形状矩形的中间坯，而且减少中间坯的凸度，从而才能适应钢板高精度的精轧要求。（9）精轧阶段精轧阶段主要是对中间坯（或中间厚度的坯料）继续进行延伸轧制，此阶段的轧制重点是保证钢板的平直度、控制钢板的性能、进一步提高钢板的表面质量（光洁度）、完成钢板尺寸的精确控制。精轧阶段在对中间坯（或中间厚度的坯料）继续延伸轧制成成品钢板的过程中，钢板的性能控制、平直度控制、厚度精度控制等几个方面是密不可分的，是有机的联系在一

39、起，是以温度控制和形变控制为前提的轧制过程的细化。2.3.2济南钢铁厂的热轧由图2.12可以看出，钢坯通过加热出炉后，通过高压水除鳞去除氧化铁皮，进入四辊可逆式粗轧机进行开坯，轧制成适合连轧机组轧制的中间坯料.开坯过程中立辊保证钢板精确的宽度，中间坯经飞剪剪头后，进入连轧机组.一次轧制成所需的规格，最后由卷取机收卷。轧制过程中，粗、精轧机均有高压水对钢板进行二次除鳞。热连轧机组通常采用全线自动化控制，并采用液压AGC厚度自动控制、强力弯辊系统、快速换辊等新技术。图2.12 热连轧生产流程图热轧是相对于冷轧而言的，冷轧是在再结晶温度以下进行的轧制，而热轧就是在再结晶温度以上进行的轧制。优点: 可

40、以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。 缺点:.经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层（夹层）现象。分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多；.不均匀冷却造成的残余应力。残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应

41、力，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。.热轧的钢材产品，对于厚度和边宽这方面不好控制。我们熟知热胀冷缩，由于开始的时候热轧出来即使是长度、厚度都达标，最后冷却后还是会出现一定的负差，这种负差边宽越宽，厚度越厚，表现的越明显。所以对于大号的钢材，对于钢材的边宽、厚度、长度，角度，以及边线都没法要求太精确。2.4热处理工艺热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。图2.13是以中厚板为例的热处

42、理工艺流程图。图2.13 某中厚板厂热处理线工艺流程图3 各生产工艺流程中电气设备的使用情况和控制系统的使用情况 3.1烧结过程3.1.1 人工智能控制系统在烧结中的运用人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是20世纪中叶科学技术的卓越成就，是人类的一大发明。 人工智能的定义从广义上讲，一般认为用计算机模拟人的智能行为就属于AI的范畴；从狭义上讲，AI方法是指AI研究的一些核心内容：搜索技术、推理技术、 知识表示、机器学习、AI语言等。烧结过程是一个机理复杂、影响因素众多、强耦合、大滞后的动态系统，难以建立精确数学模型来进行控制。目前，在生产实践中，大多依据熟练操

43、作工人的经验来调节和控制生产。将模拟人的判断和思维的人工智能技术用于过程控制，是解决这类复杂系统控制的有力工具。济钢应用芬兰罗德洛基公司的烧结控制模型，共包括11个控制模型，其中一级模型（L1级）6个，分别为：混合料总量控制模型、返矿比例控制模型、燃料比率控制模型、混合料水分控制模型、点火控制模型、混合料给料控制模型。这6个模型结合罗德洛基公司资料和在一烧的应用基础，编程工作由我方自行完成。二级模型（L2级）共5个，分别为：原料加工模型、基本配料判断模型、动态配料判断模型、燃烧上升点(BRP)偏差控制模型、燃烧上升点(BRP)位置控制模型。2007年5月，基本全部投用以来，应用效果显著。 3.

44、1.2 烧结网络构成三级网络构成：以太网：光纤为介质，连接模块 ；控制网：同轴电缆为介质，连接模块 ；设备网：总线电缆为介质，连接模块。图3.1为系统图。图3.1 烧结网络系统图3.1.3 炼铁320烧结区域配电系统（1）高压配电室主抽风高压配电室A 、电源进线：I段5217 II段5360B、用途：主抽系统（1#2#主抽风机高压柜等），1#2#机头变压器（机头除尘和熔燃区域部分）主控楼高压配电室A 、电源进线：I段5145 II段5234B、用途范围：简单的说，除上述系统以外，所有用电设备（2）变压器（共11台）（3）低压配电系统典型配电系统举例： 变频器（烧结机）；软启动器（管带机驱动）；

45、普通电路（皮带机） （4）PLC3.2高炉炼铁过程3.2.1高炉主要电气设备（1）1750m3、3200 m3高炉自动化槽下系统，包括槽下矿石系统、焦炭系统、焦丁系统、主皮带机、液压站、除尘系统等设备。 矿石系统、焦炭系统又包括给料机、振筛、称量斗、闸门、皮带、返粉皮带等系统。（2）供焦系统，设置4 个焦槽。（3）供矿系统，设有5 个烧结矿槽（3 个大烧结矿槽、2 个小烧结矿槽，其中1 个小烧结矿槽可以装大烧结矿），3 个球团矿槽，4 个杂矿槽。（4）给料机及振动筛（5）闸门（6）供矿皮带机(供焦工作原理同)（7）返矿皮带机(返焦工作原理同)（8）主皮带除铁装置（9）槽下液压站（10）炉顶系统

46、，无钟炉顶子系统主要功能为设定布料矩阵，与槽下系统一起控制上料，将高炉料正确地装入料罐，并控制炉顶设备，完成向高炉装料和按照布料矩阵进行布料。同时对炉顶的液压、水冷系统进行控制和监视。（11）探尺（12）布料器（13）下料阀（14）炉顶液压站（15）热风炉系统（16）TRT系统3.2.2计算机网络在高炉炼铁中的应用1750高炉基本上全过程计算机控制,因此任何一个环节的计算机稳定性都直接影响高炉的稳定运行,共同维护计算机的稳定是我们共同的责任。 对于PLC和HMI操作站网络结构作个简单的介绍: 1750高炉PLC主干网是环形结构,由热风炉、软水、炉本体、槽下、原燃料和炉顶组成；其余子系统均挂在环

47、网上进行通讯,如渣处理和TRT等,包括操作服务器。HMI服务器(服务器两台,一用一备)有双网卡,一块与PLC通讯数据,另一块和操作计算机通讯；操作计算机通过域控制计算机的管理来访问服务器,实现远程集中操作。计算机相互都是有关联的,任何一台出问题都可能影响整个网络。 3.2.3高炉煤气环喷降温设备考虑到总公司管网煤气为低温湿煤气，而31750m3高炉采用的干法除尘工艺供出的是高温干煤气，从管道设计工艺上为保证厂区管网的安全运行，必须给高温煤气降温，所以31750高炉煤气净化系统出口处设计了一套喷水降温装置，目的是使高温煤气经过降温后并入厂区管网。该环喷降温设备的工作要求为正常情况下，经过减压阀组

48、后煤气温度低于75，此时系统可以停止喷水或只开启两个喷头喷水，当煤气温度上升至75以上时，系统再开启两只喷头喷水对高温煤气进行降温，如不能有效降低煤气温度，则继续增加喷头数量，直至煤气温度降至正常值。（高炉煤气环喷降温设备共设有两道环喷，计8只喷嘴）此套系统全部为计算机自动控制，只需按正常操作开启喷水总控制阀门、氮气总控制阀门，其余无需人为干涉。（系统设计温度值为75，可根据实际要求调整） 3.2.4常用低压电气设备（1）通用控制系统熔断器、组合开关、控制按钮、空气开关、接触器、中间继电器等。（2）水泵（3）电葫芦(梁式起重机)（4）桥式起重机3.3 炼钢过程3.3.1上料系统电气控制说明转炉

49、上料系统部分，CPU采用施耐德公司的QUANTUM系列的140CPU53414A，可完成对所有设备进行在线监控，工艺设备或工艺流程的顺序控制，故障报警处理、显示及系统热备，并通过PLC上挂以太网，与其它系统进行数据交换。编程软件采用Concept2.5,监控软件采用Cicect。上料系统的控制方式分为自动、手动、非常手动等三种控制方式。各流程皮带机的控制方式选择随流程。卸料小车、电动振动给料机的控制方式的选择独立于相应的流程。也就是说，流程选择自动时，小车可以运行在手动方式或自动方式，同样电机振动给料机也可以自由选择运行在手动方式或自动方式。这是由于小车和电机振动给料机的控制要求更准确、可靠。

50、这样操作起来可以更灵活。卸料小车、电动给料机在自动方式下或是手动方式下，要上料的高位料仓、振动给料机的确定都由操作人员根据料仓的料位信号在CRT上手动选择，选择完后要求程序自动进行起点（高位料仓的仓号）-终点（地下料仓的电动给料机）连锁判断。判断无误后，由操作人员操作流程顺起。流程上的各设备按顺序一一起动。给料机启动后，程序自动再进行一次起点终点连锁判断，判断无误后，给料机继续运行，正常上料。3.3.2上料皮带检测设备介绍每条皮带都有数量不等的拉绳开关、跑偏开关、打滑开关。另外，辅1和铁1皮带上还安装皮带秤装置。（1）拉绳开关：用于物料输送现场发生紧急事故时的停机开关。当现场发生紧急事故时，可

51、拉动开关转臂上的钢丝绳，启动开关，输出一开关信号，用于告警或停机。该开关有一警示牌，启动开关时，警示牌翻转呈垂直状态，故障排除后，按下警示牌，拉绳开关恢复工作状态。（2）跑偏开关：用于输送机胶带跑偏的检测，防止由于胶带跑偏而造成物料溢出等故障。目前我们厂使用的是两极跑偏开关，当运动中的胶带发生跑偏时，胶带边缘带动立辊旋转并挤压立辊使之倾斜。若立辊倾斜大于一级动作角度时，立即发出一组开关信号；如立辊继续倾斜大于二级动作角度，则输出另一组开关信号。两组开关信号可分别用于告警或停机。（3）打滑开关：用于输送机胶带因电气、机械故障引起的慢转或停转检测，故障信号发出后可向计算机及时反馈胶带运行情况，防止

52、由于胶带打滑而造成物料堆积、堵塞、溢出等故障，达到维护设备，保障生产的目的。（4）皮带秤装置：对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的衡器。主要有机械式(常见的为滚轮皮带秤)和电子式两大类。目前我厂使用的都是电子皮带秤。电子皮带秤，由秤架，测速传感器，高精度测重传感器，电子皮带秤控制显示仪表等组成，能对固体物料进行连续动态计量。3.3.3投料系统简介转炉投料系统，由辅原料投料系统，钢包投料系统，炉后投料系统三部分组成。按照控制方式又可分为自动投料（CRT全自动控制、CRT半自动控制）和手动投料（CRT手动控制、现场手动控制）两种方式。 完成整个投料过程，必须经过称量和加料两个过程

53、。（1）称量过程：转炉在冶炼过程中的不同冶炼阶段需要加入不同的原料，根据需要加入原料的品种和数量发出称量指令时，料仓下的调速电机振动给料机根据控制要求分别运转，使料仓中的物料按预先设定的下料顺序分别给到称量单元的称量斗中。称量过程结束后，分别打开密封闸门和排料闸门，将称量斗中的物料卸到中间料斗中贮存。（2）加料过程：当转炉需要加料时，分别打开中间斗下方的排料闸门和打开电液推杆，并启动电机振动给料机，分别通过投料溜槽，将物料加入转炉或钢包中。3.3.4组态软件的应用与介绍（1）网络系统构成：转炉炼钢过程计算机采用客户机/服务器结构（ClientServer）。服务器中放置数据库，铁水预处理和转炉

54、炼钢两个子系统控制程序，跟踪程序等，各操作室设置过程计算机终端, 子系统内由专用交换机连接，该交换机还与系统外的L3级计算机、精炼计算机、连铸计算机、分析管理计算机连接，系统采用环型网络的拓扑结构，100M光纤以太网进行上位端、PLC间数据通讯。（2）服务器配置：有两个服务器，分别为L1级数据库服务器、L1.5级服务器。L1.5级服务器负责与L2级之间数据通讯与交换，下达L2级服务器指令。L1级数据库服务器主要负责PLC与上位端（服务器、客户端）之间的数据传输、数据存储、报警等功能，作为ClientServer的结构，服务器由单独一台上位机充当。转炉主控室上位机的数据全部通过此台上位机采集各P

55、LC的数据并负责分发至各工作站，反之来自各工作站的指令也先发往此计算机再分派至各PLC。上位软件采用MP7网络版,各个HMI上的数据显示、设备状态监控标签均在服务器端建立，CRT操作也均通过服务器转发到PLC，以完成对生产过程设备的操作与监控。服务器放置SQL7.0大型数据库,通过ODBC接口与MP7实现连接,完成对历史数据的存储。（3）客户端配置：济钢120t转炉主控室内的系统包括8台上位机,分别为辅原料和铁合金上料系统(包括精炼上料)、辅原料及铁合金投料系统（转炉、钢包及炉后投料）、氧枪倾动、顶底复吹的本体仪表量检测、汽化冷却、煤气回收、除尘、副枪系统（达涅利）。上位机充分利用MP7的软件

56、特点，互为备用。即各上位机虽然功能不同但完全可以互相切换，做到多机热备。上位机采用同一软件平台(OS:西文WINDOWS 2000), HMI画面设有登录、退出、帮助、诊断按钮，并赋予不同人员不同的操作级别,以检测分析系统、网络的运行情况及故障状态。（4）PLC控制硬件配置：系统有多个PLC控制站，均采用Modicon Quantumn系列PLC。数据通讯：Modicon Quantumn PLC提供了广泛，多种层次及协议的通讯能力，分别为TCP/IP Ethernet、Modbus Plus、Modbus，在本系统中它强有力的通讯功能得到了广泛的应用。3.3.5数据采集系统介绍 （1）系统功能及实现系统接收MES系统下达的作业指示，获取生产炉号。根据生产的实绩进行铁水计划匹配，在生产过程中定周期从转炉、精炼炉、连铸的基础自动化系统获取生产实时过程数据。系统功能包括铁水预处理实绩、转炉实绩、LF实绩、VD实绩、各工序成份实绩查询及报表、实绩查询等功能。在整个生产的过程中对设备和原料进行管理。转炉数据采集系统按照功能可以分为：物料数据采集、数据存储查询管理、报表管理、数据接口管理等几大功能。对于已经存在于PLC系统内的投料称重数据、气体消耗数据，直接读取到系统中；对于未进入系统而必需的数据，通过相关接口读取到系统中，或者采用界面录入的方式纳入